建筑热环境

围护结构比热导热系数热阻蓄热系数热惰性指标热桥蒸汽渗透阻建筑热环境——基本知识•材料比热•Q=m×C×t•△Q=m×C×△t•C=△Q/(m×△t)•材料比热C:•表示1Kg某物质温度升高1度所吸纳的热量,单位KJ/Kg·℃建筑热环境——基本知识•导热基本计算式（傅立叶定律）通过平板的热量Q与平板面积F、时间τ、两面温差(t1-t2)成正比，与厚度d成反比;还与平板材料有关，反映在系数λ上。λ称为材料的导热系数，表征材料的导热能力，也表征材料阻止热量通过的能力。单位是J/s·m℃·或w/m·℃q是单位时间单位面积通过平板的热量称为热流密度或热流强度。单位是J/s·m2或w/m2t1=30℃t2=15℃建筑热环境——基本知识•其中R=d/λ，称为平板的导热热阻，表示厚度为d的平板阻止热流通过的能力。单位为m2/w。•关于导热系数λ的讨论：•A.表征材料的导热性能，是材料本身的物理属性。•B.一般有：λ金属＞λ非固＞λ液＞λ气•C.多孔材料的导热系数随其含湿量的增加而增加。•D.导热系数λ＜0.25w/m·℃的材料称为绝热材料.围护结构的保温设计原理周期性不稳定传热在周期性不稳定传热过程中，每一个与热流方向垂直的截面上，热流强度都不相等;壁体材料的比热（c）、密度（β）和导热系数（λ）以及热流波动的波幅和周期都影响着壁体内温度升降的速度。围护结构的保温设计原理•时间有延迟（相位有延迟）.围护结构的保温设计原理•围护结构的热稳定性——蓄热系数和热惰性指标在实际使用中，冬季室内供暖常有波动，室外气温也会在一天内有变化，夏季外表面温度因室外气温和太阳辐射也成周期性变化,各种材料和围护结构对波动热作用的抗拒能力（即热稳定性）可用材料蓄热系数（S）、表面蓄热系数（Yi）、围护结构热惰性指标（D）来体现.围护结构的保温设计原理•材料蓄热系数（S）：•当一种材料厚度为半无限大，并在其一侧受到周期性波动热作用时，表面温度将按同一周期而波动，通过表面的热流波动的振幅Aq与材料表面温度波动的振幅Aθ之比，叫做材料的蓄热系数。•它反映了这种材料对波动热作用反应的敏感程度。在同样波动热流作用下，蓄热系数大的材料，表面温度波动较小，即热稳定性好。围护结构的保温设计原理•表面蓄热系数的数值和围护结构各层材料的性质及厚度有关，大致可分两种情况加以考虑：（1）当围护结构表面由较厚的一种材料组成时，表面蓄热系数可用这层材料的材料蓄热系数（S）值来表示。（2）当围护结构表面材料层不很厚时，如由多层材料构成的屋顶或外墙，其内表面温度的波动振幅不仅与面层材料的物理性能有关，而且与其后面材料的性能有关。围护结构的保温设计原理•围护结构热惰性指标（D）•当围护结构的表面受到周期性热作用后，温度波将向结构内部传递，同时不断衰减，直到背波面。•热惰性指标是表明背波面上温度波衰减程度的一个主要数值，它表明围护结构抵抗周期性温度波动的能力。围护结构的保温设计原理•对单一材料围护结构，热惰性指标即其热阻与材料蓄热系数的乘积。表示为：D＝R·S•对多层材料的围护结构，热惰性指标为各材料层热惰性指标之和：∑D＝R1S1＋R2S2＋…＋R3S3＝D1＋D2＋…＋DnR、S分别为各材料层的热阻和蓄热系数。围护结构的保温设计原理•热桥分类:贯通式和非贯通式(P59)•贯通式热桥对内表面温度影响最大，在建筑中应尽量避免采用，或在热桥部位加设高效保温材料。对非贯通式热桥，则最好将热桥布置在靠近室外一侧。围护结构的保温设计主体围护结构保温层设置方式最小总热阻经济热阻及建筑节能设计标准特殊部分的保温建筑保温设计的有关规定围护结构的保温设计主体围护结构分类:•围护结构一般都需满足承重和保温要求•围护结构按材料构造分单一材料承重保温:•既承重又保温,如砖砌体（墙）、加气混凝土（墙、屋顶）等。复合围护结构:•由两种类型（或两种以上）材料组成,分别满足保温和承重的需要，成为复合围护结构。•复合围护结构。它可以充分发挥材料的特性，以强度大的材料承重，以轻质材料（如岩棉、膨胀珍珠岩制品，或泡沫聚苯乙烯等）作为保温。围护结构的保温设计•随着对围护结构保温要求的增加，复合构造也使用得日益广泛。•复合围护结构保温•按位置分:外保温内保温中间保温围护结构的保温设计•从建筑热工角度上看三种保温的优缺点:•外保温优点较多;但内保温往往施工比较方便;中间保温则有利于用松散填充材料作保温层。围护结构的保温设计三种保温层设置方式的比较•内表面温度的稳定性•热桥问题•防止保温材料内部凝结水•对承重结构的保护•旧房改造•外饰面处理围护结构的保温设计比较内容一:内表面温度的稳定性比较•外保温和中间保温作法，能大大减小室外温度波动对内表面温度的影响,内表面温度相对稳定。•对一天中只有短时间使用的房间，用内保温可使室内温度上升快。围护结构的保温设计比较内容二:热桥问题•内保温作法常会在内外墙联接以及外墙与楼板联接等处产生热桥。中间保温的外墙也由于内外两层结构需要拉接而增加热桥耗热。而外保温在减少热桥方面比较有利。围护结构的保温设计比较内容三:防止保温材料凝结水•外保温和中间保温作法，可防止保温材料由于蒸汽的渗透积累而受潮。•内保温作法则保温材料有可能在冬季受潮。围护结构的保温设计比较内容四:对承重结构的保护•外保温可避免主要承重结构受到室外温度的剧烈波动影响，从而提高其耐久性.围护结构的保温设计比较内容五:旧房改造为节约能源而增加旧房的保温能力时，利用外保温，在施工中可不影响房间使用，同时也不占用室内面积，但施工技术要求高。比较内容六:外饰面处理外保温作法对外表面的保护层要求较高;因受外界因素影响大.内保温和中间层保温则由于外表面是由强度大的密实材料构成，饰面层的处理比较简单。围护结构的保温设计在我国现行的•《民用建筑热工设计规范》（GB50176—93）•《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ26—86）对围护结构的保温要求都作了规定。围护结构保温能力的选择主要是根据气候条件和房间的使用要求，并按照经济和节能的原则而定。围护结构的保温设计在《民用建筑工设计规范》（GB50176—93）中对主体围护结构规定了最小传热阻以保证使用者的最基本卫生要求。围护结构的保温设计•围护结构的最小传热阻（低限热阻）围护结构对室内热环境的影响，主要是通过内表面温度体现的。如内表面的温度太低，不仅对人产生冷辐射，影响到人的健康，而且如温度低于室内露点温度，还会在内表面产生结露，并使围护结构受潮，严重影响室内热环境并降低围护结构的保温性和耐久性。围护结构的保温设计在稳定传热条件下，内表面温度取决于室内外温度和围护结构的传热阻。•保证围护结构内表面温度接近室内空气温度。•控制围护结构内表面不结露•同时考虑人体卫生保健的基本需要。•并控制通过围护结构的热损失在一定范围之内围护结构的传热阻就不能小于某个最低限度值，这个最低限度的传热阻称为最小传热阻R0．min。围护结构的保温设计最小传热阻•最小传热阻并不意味着围护结构的实有传热阻一定要刚好等于最小传热阻，它只是起码的标准，为满足热舒适和建筑节能的需要，实有的传热阻完全可以高于它，但不得低于它。•根据《民用建筑热工设计规范》（GB50176一93）最小传热阻的计算公式如下：ieiRtnttRmin0围护结构的保温设计•经济热阻•对围护结构传热系数和居住建筑耗热量指标按最小传热阻确定的外围护结构，可以满足基本卫生要求并节省建造费用，但常常不可避免地会增加建筑物使用时的采暖费，浪费采暖能耗围护结构的保温设计•每m2外围护结构（外墙或屋顶）平均到使用期内每年的建造费和采暖费与其所用保温材料厚度之间的关系•对于围护结构来说，综合考虑建造费与采暖费，可以得出所用保温材料的最经济厚度。围护结构的保温设计•经济热阻的计算值不仅和当地气候因素有关，还取决于建筑的使用年限，所用的建筑材料和采暖用燃料的价格以及银行利率等因素.•应有的经济热阻值均远远大于按最小传热阻计算的结果。•近20年来世界上各发达国家都在逐渐提高其建筑物外围护结构的保温标准。•我国在1986年制定《民用建筑节能设计标准》，1995年制定《民用建筑节能设计标准（采暖居住部分）》。围护结构的保温设计•围护结构特殊部分的保温•热桥•墙角•地板•门窗围护结构的保温设计•热(冷)桥处保温处理(P61)•厚度d=(R0-R0’)λ•aδ,l1.5δ•aδ,l2.0δ围护结构的保温设计•外墙角内表面温度由于在墙角部分的室内空气流动速度慢、感热阻大，更主要是由于墙角的放热面大于吸热面，因此墙角部分的内表面温度远比主体部分的内表面温度为低。围护结构的保温设计•外墙角最小附加热阻Rad,min:(P57)•图外墙角散热情况。在主体部分因属一维传热，等温线是一系列与结构表面平行的直线；在交角处属二维传热，所以等温线成了曲线。围护结构的保温设计•在《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ26－95）中，按照各地区的采暖期室外平均温度规定了该地区的建筑物耗热量指标和与其相适应的外围护结构各部分（如屋顶、外墙、窗、地面等）应有的传热系数限值。•建筑物的实际耗热量指标是指在采暖期室外平均温度条件下，为保持室内计算温度，在单位建筑面积上单位时间内消耗的，需由室内采暖设备供给的热量，单位W／m2。它综合反映了整个建筑物的热耗失情况，包括围护结构总的传热损失，以及通过空气渗透耗失的热量。耗热量指标的计算式为：HrINFTHHqqqq围护结构的保温设计•单位建筑面积、单位时间内通过围护结构的传热耗热量（qH·T）是根据各部分围护结构的实际耗热量来计算的。•由于墙、窗和屋顶等在冬季都不仅有由室内外温差造成的失热，而且有由日辐射而获得的热量，抵消了部分热耗失。HrINFTHHqqqq围护结构的保温设计•单位建筑面积，单位时间内通过空气渗透的耗热量（qINF）主要取决于室内外温度差、空气渗透量和空气比热容。其计算式为：AVNCttqeiINF/'建筑防潮舒适的热环境要求空气中必需有适量的水蒸汽，相对湿度在一定范围;但当蒸汽在围护结构表面或内部凝结时，会对建筑产生不利影响。在建筑中需尽量避免在围护结构的内表面产生结露，同时更应防止在围护结构内部因蒸汽渗透而产生凝结受潮。空气湿度与围护结构防潮湿空气的物理性质:•相对湿度和露点温度•在一定的气压和温度条件下，空气中所能容纳的水蒸汽量有一饱和值；超过这个值，水蒸汽就开始凝结，变为液态水。•与饱和含湿量对应的蒸汽分压力称为饱和水蒸汽分压力。饱和水蒸汽分压力值随空气温度的不同而改变。•图示在常压下空气温度与饱和水蒸汽分压力的关系。空气湿度与围护结构防潮围护结构内表面结露及防止•冬季，围护结构内表面的温度经常低于室内空气温度，当内表面温度低于室内空气露点温度时，空气中的水蒸汽就会在内表面凝结。•检验内表面是否会有结露主要依据其温度是否低于露点温度。空气湿度与围护结构防潮•防止墙和屋顶内表面产生结露措施：•（1）.使围护结构具有足够的保温能力,并注意防止冷桥。•（2）.如室内空气湿度过大，可利用通风除湿。•（3）.围护结构内表面最好用具有一定吸湿性的材料。•（4）.对室内湿度大、内表面不可避免有结露的房间,如浴室和厨房,采用光滑不易吸水的材料作内表面，同时加设导水设施，将凝结水导出。空气湿度与围护结构防潮•材料的蒸汽渗透系数（μ），表明材料的透过蒸汽能力。其定义为：lm厚物体，两侧水蒸汽分压力差为1Pa，单位时间（1小时）内通过lm2面积渗透的水蒸汽量（g／m·h·Pa）。•材料的渗透系数值与材料的密实程度有关。材料的孔隙率越大，蒸汽渗透系数就越大。•严格地说，材料蒸汽渗透系数尚与其所处温度和相对湿度有关。空气湿度与围护结构防潮内部冷凝和冷凝量的检验内部冷凝的判别:若设计不当，当水蒸汽通过围护结构的过程中遇到蒸汽渗透阻大的材料层，水蒸汽不易通过，就会出现冷凝现象。•内部冷凝现象一般出现在复合构造的围护结构，若材料层的布置方式是沿蒸汽渗透方向先设置蒸汽渗